Programmirovanie

Показана актуальность задачи обнаружения и уменьшения видимости атмосферных осадков на видеоизображениях, полученных неподвижными камерами. Выполнен статистический анализ геометрических (площадь, коэффициент формы, отклонение ориентации от средней по кадру) и цветояркостных (интенсивность, насыщенность цвета) характеристик частиц дождя и снега с целью обоснования решающих правил выделения пикселей частиц осадков. Данный анализ заключается в получении распределений исследуемых параметров частиц и аппроксимации их известными законами распределений с использованием метода семейства кривых Пирсона, критерия Колмогорова и симплекс-алгоритма Нелдера–Мида. Разработан алгоритм детектирования капель дождя и снежинок на видеопоследовательностях, который предполагается к использованию в составе алгоритма уменьшения видимости атмосферных осадков. Предложенный подход представлен в виде многоступенчатой классификации пикселей кадра на зоны с движущимися объектами и области неподвижного фона, искажаемые и неискажаемые частицами осадков в течение накопленных кадров. В зависимости от области, к которой относится обрабатываемый пиксель, итоговое решение об отнесении его к классу атмосферных осадков принимается с использованием предложенных решающих правил или разработанной процедуры пороговой обработки с автоматическим определением локальных пороговых значений. Выполнено экспериментальное исследование предложенного алгоритма и с использованием двухкритериального подхода определены оптимальные значения числа накопленных кадров для корректной работы алгоритма: 100 кадров для видеоизображений с дождем; и 140 кадров для видео со снегом. Выигрыш разработанного подхода по сравнению с известными по оценкам вероятностей ошибок первого и второго рода составляет до 1.7 и 9.1% соответственно.

Проведен анализ методов реалистичного рендеринга с точки зрения эффективности расчета яркостей каустического и вторичного освещений. В качестве основного подхода для реализации реалистичного рендеринга был выбран метод двунаправленной прогрессивной трассировки лучей с обратными фотонными картами. Проведен анализ основных причин, снижающих производительность данного метода. Показано, что главным фактором, снижающим его производительность, является медленный доступ к данным фотонных карт. Рассмотрены различные варианты построения ускоряющих пространственных структур, исследованы их преимущества и недостатки. В качестве основных подходов были выбраны регулярная пространственная решетка и бинарное kd-дерево. Пространственная решетка обеспечивает высокую скорость доступа к данным при низкой адаптивности разбиения фотонной карты. Kd-дерево обеспечивает высокую пространственную адаптивность разбиения карты при низкой скорости доступа к данным. Предложено комбинированное решение, объединяющее адаптивность kd-дерева с высокой скоростью доступа к данным пространственной решетки. Для этого регулярная решетка накладывается на kd-дерево, построенное по принципу пространственного деления области фотонов на геометрически равные половины. Для уменьшения объемов памяти было предложено, во-первых, использовать многоуровневые пространственные решетки, накладываемые на выбранные узлы kd-дерева, и, во-вторых, для уменьшения объема памяти ускоряющей структуры хранить пространственные решетки в виде хэш-таблиц. В результате был предложен и реализован новый тип пространственных ускоряющих структур, представляющих собой дерево хэш-таблиц. Для разработанной пространственной структуры были реализованы методы поиска ближайших фотонов, сферы интегрирования которых покрывают точку освещения, и методы поиска пересечения сегмента луча со сферами интегрирования фотонов. Разработанные программные решения были реализованы в программном комплексе Lumicept, и для ряда базовых сцен было произведено сравнение скорости работы предложенного метода с методом, основанным на бинарном дереве, имеющемся в Lumicept. Сравнение показало, что новый метод может повысить общую производительность процедуры рендеринга более чем на 40%.

В данной статье, на примере поверхности поля высот, предлагается эффективная технология моделирования в реальном времени сложных процедурных объектов на конвейере трассировки лучей (RT-конвейере). Предлагаемая технология не перегружает стадию I-шейдера (шейдера пересечения), а распределяет вычислительную нагрузку между I-шейдером и AH-шейдером (шейдером любого подтвержденного пересечения). Ключевыми нововведениями в технологии являются ранняя отбраковка на стадии I-шейдера ограничивающих параллелепипедов (AABB), отобранных аппаратным блоком RT-конвейера, и концепция “прозрачного AABB”, позволяющая перенести затратное вычисление пересечения луча с процедурным объектом на более позднюю стадию AH-шейдера. Также в работе описан ряд модификаций, сокращающих объем таких вычислений. Предложенная технология была реализована в программном комплексе на языках C++, GLSL и с помощью API Vulkan. Была исследована производительность разработанного решения при различных условиях трассировки лучей на задаче моделирования поверхности детализированного поля высот Пьюджет-Саунд. Полученные результаты подтвердили эффективность разработанной технологии и возможность ее применения в системах виртуального окружения, видеотренажерных комплексах, научной визуализации и др.